[发明专利]一种基于SPR原理传感多参量的检测方法

权利要求书

1.一种基于SPR原理传感多参量的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：制备D型光纤；

S2：准备不同光学纯度的待测溶液，即将手性药物和蒸馏水按体积比例配合成混合溶液；

S3：根据制备好的D型光纤，搭建D型光纤传感器性能测试系统；

S4：基于SPR原理，使用D型光纤传感器性能测试系统对不同光学纯度的待测溶液进行分组测试，并利用光谱仪对待测溶液的透射光谱进行读取记录，得到测试数据；

S5：利用传播矩阵方法结合遗传算法对测试数据进行反演，得到待测溶液的双各向异性、手征参数和折射率；

所述步骤S5中，得到待测溶液的双各向异性、手征参数和折射率的方法，包括如下步骤：

S5-1：使用基于精确解的传播矩阵方法求出发生一次全内反射的同极化和交叉极化功率反射系数，公式为：

式中，为发生一次全内反射的同极化功率反射系数；为发生一次全内反射的交叉极化功率反射系数；R_pp为发生一次全内反射的同极化电场反射系数；R_ps为发生一次全内反射的交叉极化电场反射系数；

S5-2：根据发生一次全内反射的同极化和交叉极化功率反射系数，使用基于精确解的传播矩阵方法，得到发生m次全内反射时，D型光纤归一化的同极化和交叉极化传输功率计算值，公式为：

式中，和为p极化平面波入射时，发生m次全内反射的同极化和交叉极化传输功率计算值；和为s极化平面波入射时，发生m次全内反射的归一化的同极化和交叉极化传输功率计算值；

S5-3：将传播矩阵方法结合遗传算法，得到优化传播矩阵方法；

S5-4：根据测试数据，使用优化传播矩阵方法，定义适应度函数，公式为

式中，fitness为适应度函数；x₁,x₃分别为归一化的同极化和交叉极化测试和计算传输功率差值的实部的绝对值；x₂,x₄分别为归一化的同极化和交叉极化测试和计算传输功率差值的虚部的绝对值；为归一化的同极化和交叉极化输出功率计算值；R_co,R_cross为归一化的同极化和交叉极化输出功率真实测量值；

S5-5：根据适应度函数，通过对双各向异性、手征参数和折射率参数设置相应的取值范围进行搜索，反演得到双各向异性、手征参数和折射率。

2.根据权利要求1所述的基于SPR原理传感多参量的检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，D型光纤的结构依次为包层-硅-氟化镁-银-石墨烯。

3.根据权利要求1所述的基于SPR原理传感多参量的检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过手性药物化学制备法，获取不同光学纯度的单一对映体药物，即为手性药物。

4.根据权利要求1所述的基于SPR原理传感多参量的检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，得到测试数据的方法，包括如下步骤：

S4-1：利用光谱仪对待测溶液的透射光谱进行读取记录，测试生物分子归一化的同极化和交叉极化传输功率，得到其真实测量值；

S4-2：根据光纤归一化的同极化和交叉极化输出功率真实测量值随角度和波长变化的数据，得到对应的谐振峰，即表面等离子体谐振对应的角度和波长；

S4-3：将表面等离子体谐振对应的角度和波长以及随角度和波长变化的归一化的同极化和交叉极化输出功率真实测量值作为测试数据并进行输出。

5.根据权利要求1所述的基于SPR原理传感多参量的检测方法，其特征在于，所述基于精确解的传播矩阵方法，包括以下公式：

切向电磁场公式为：

式中，E_lx和E_ly为第l个区域介质中电场的x和y分量；H_lx和H_ly为第l个区域介质中磁场的x和y分量；f′_l+和f′_l-表示第l个区域沿+z方向传播的两个本征波的幅度；b′_l+和b′_l-表示第l个区域沿-z方向传播的两个本征波的幅度；i为虚数的单位；E_xyjl,E_zyjl,j＝1,2,3,4分别为传播矩阵方法中计算分层介质目标的第l个区域，电磁场四个本征波中的第j个本征模式的电场x分量和电场y分量的比值以及电场z分量和电场y分量的比值；q_jl,j＝1,2,3,4为第l个区域第j个本征模式对应的波矢量的z分量；k_x表示波矢量的x分量；μ_yl为第l个区域介质的磁导系数y分量；γ_yl为第l个区域介质的手征参数y分量；ε₀,μ₀分别为真空介电常数和真空磁导率；c为真空光速；ω为平面波角频率；l为区域指示量；

相邻双各向异性介质中四个本征波的关系公式为：

式中，V_(l+1)l为边界z＝d_l的传播矩阵；d_l为第l个区域介质和第l+1个区域介质在z方向的交界处；f_(l+1)+,f_(l+1)-分别为第l+1个区域沿+z方向传播的两个本征波；b_l+,b_l-分别为第l个区域沿-z方向传播的两个本征波；b_(l+1)+,b_(l+1)-分别为第l+1个区域沿-z方向传播的两个本征波；q_j(l+1),j＝1,2,3,4为第l+1个区域第j个本征模式对应的波矢量的z分量；

传播矩阵的公式为：

式中，V_t0为整个区域的传播矩阵，其中V_t0＝V₁₀·V₂₁·...·V_(l+1)l·...·V_n(n-1)·V_tn，V₁₀为边界z＝d₀的传播矩阵，V₂₁为边界z＝d₁的传播矩阵，V_(l+1)l为边界z＝d_l的传播矩阵，V_n(n-1)为边界z＝d_n-1的传播矩阵，V_tn边界z＝d_n的传播矩阵；A₀、B₀、C₀、D₀、A_t、B_t、C_t、D_t分别为区域0和区域t介质中沿+z和-z方向传播的电磁场分量的系数；v_ab,a＝1,2,3,4,b＝1,2,3,4为整个区域传播矩阵第a行第b列的元素。